Мониторинг показателей сердечно-сосудистой системы

МОНИТОРИНГ  ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Сердечно-сосудистая система  выполняет важную транспортную функцию  в организме, необходимую для  его нормальной жизнедеятельности.В  медицине критических состояний  диагностика функционирования этой системы занимает одно из главных мест, так как деятельность сердечно-сосудистой системы во многом определяет эффективность протекания процессов метаболизма, переноса кислорода и углекислого газа, терморегуляции.Оценка деятельности сердечно-сосудистой системы при анестезиологическом мониторинге осуществляется путем регистрации механических, акустических и биоэлектрических проявлений сердечной деятельности, наиболее доступных для регистрации во время наркоза. Среди показателей центральной и периферической гемодинамики наибольшую ценность представляют параметры сердечного ритма, артериального и венозного давления крови, сердечного выброса.Широко распространенными методами контроля сердечной деятельности являются слежение за величиной ЧСС, артериального давления крови, наблюдение ЭКГ в одном или нескольких отведениях с автоматическим обнаружением нарушений ритма. Использование данных методов контроля в клиническом мониторинге характеризуется простотой процедур регистрации биологических сигналов и интерпретации показаний. Более сложные и громоздкие методы, используемые при функциональных исследованиях сердечно-сосудистой системы, такие как радионуклеидная ангиография, ядерный магнитный резонанс, чреспищеводная эхокардиография, допплеровские системы измерения потока крови используются по специальным показаниям. Эти методы исследования чаще всего интересуют хирургов и не связаны непосредственно с работой анестезиолога.Выбор средств контроля показателей сердечно-сосудистой системы для клинического мониторинга зависит от многих факторов. Так, например, при анестезиологическом контроле наиболее важную роль играет вид операции, пластичность сердечно-сосудистой системы пациента, обоснованность риска использования инвазивных методик, стоимость мониторной техники. В то же время главным фактором выбора средств анестезиологического мониторинга является необходимость и достаточность получаемой информации для оптимального управления состоянием пациента и обеспечения безопасности наркоза.

Контроль  параметров сердечного ритма.Мониторинг частоты сердечных сокращений

Наиболее простым методом  оценки параметров сердечного ритма  является определение частоты сердечных  сокращений. Этот показатель позволяет  объективно судить об уровне функционирования сердечно-сосудистой системы пациента. При анестезиологическом мониторинге  изменения ЧСС во время наркоза  отражают реакцию организма на хирургическое  вмешательство. Оценка ЧСС в простейшем случае может производиться путем  пальпации колебаний артериальной сосудистой стенки.Мониторные приборы, используемые в анестезиологической  практике осуществляют непрерывное  измерение и цифровую индикацию  ЧСС. Эти данные определяются по результатам  оценки временных параметров физиологических  процессов, происходящих в сердечно-сосудистой системе.Для определения ЧСС необходимо выделить артериальную пульсацию кровотока, а затем измерить частоту следования пульсовых колебаний.При неинвазивных методах измерения артериального давления крови ЧСС оценивается по колебаниям давления в окклюзионной манжетке. В случае прямых измерений давления в магистральных сосудах или легочной артерии анализируются пульсовые кривые, регистрируемые на выходе внутрисосудистого датчика давления крови.В пульсоксиметрах определение ЧСС основано на анализе фотоплетизмограммы участка тканей с артериальным пульсом, чаще всего для этой цели используется кончик пальца руки или мочка уха.При реографических исследованиях параметров гемодинамики для оценки пульса анализируется электрический сигнал, соответствующий изменению электрического сопротивления участка тканей с пульсирующим сосудом.Артериальная пульсация может быть зарегистрирована по эффекту Допплера от движущегося потока крови с использованием ультразвуковой или микроволновой техники.Для определения ЧСС часто используется электрокардиографический канал мониторов, в котором выделяются QRS- комплексы ЭКГ и обрабатываются значения длительностей R-R интервалов.Определение ЧСС основано на измерении длительности периодов следования пульсовых колебаний (в случае регистрации ЭКГ - QRS- комплексов), представляющих собой межпульсовые ( R-R временные интервалы) - кардиоинтервалы (КИ) / 16 /. После усреднения определенного количества (выборки) полученных значений длительности КИ, ЧСС определяют по формуле:ЧСС [ уд/мин] = 60 / Tср,где Tср = ( T1ки+T2ки+...Tnки) / n,здесь Tiки [ сек ] - значение i-того КИ, n - количество КИ в выборке.Процедуры усреднения и вычисления значений ЧСС осуществляются в устройстве обработки прибора, построенного, чаще всего, на однокристальной ЭВМ.В анестезиологических мониторах используется “быстрое” усреднение периодов пульсовых колебаний (например, определяется среднее по 8 КИ, т.е. обьем выборки n = 8). Это дает возможность отслеживать кратковременные эпизоды изменения ЧСС, возникающие, например, при интубации трахеи, и быстро реагировать на эти измерения.Индикация показаний ЧСС осуществляется методом “скользящей” выборки, т.е. после усреднения КИ, находящихся в выборке, вычисления ЧСС и индикации полученного значения ”окно” выборки сдвигается на один КИ, затем вновь происходит усреднение, вычисление и индикация и т. д.. Таким образом, цифровой индикатор ЧСС может изменять свои показания с каждым ударом сердца, реагируя на изменения длительности КИ, находящихся в “окне” выборки.ЭКГ дает информацию о сокращениях сердечной мышцы даже тогда, когда уровень пульсации сосуда снижается ниже порога регистрации и падает артериальное давление, что делает информацию о ЧСС, полученную по R-R интервалам, особенно ценной. В то же время, при использовании ЭКГ для определения ЧСС необходимо контролировать форму электрокардиосигнала, так как при высокой Т-волне возможно ошибочное удвоение значений ЧСС. Это требование нетрудно выполнить, так как ЭКГ канал мониторов имеет графический дисплей для слежения за формой ЭКГ в реальном масштабе времени.

Мониторинг  вегетативных показателей регуляции  ритма сердца

Ритм сердечных сокращений является наиболее доступным для  регистрации физиологическим параметром, отражающим процессы вегетативной регуляции  в сердечно-сосудистой системе и  организме в целом. Динамические характеристики ритма сердца позволяют  оценить выраженность сдвигов симпатической  и парасимпатической активности ВНС при изменении состояния  пациента.Анализ вегетативной регуляции  по наблюдению за изменениями показателей  ритма сердца позволяет выявить  картину, характерную для диагностики  целого ряда состояний в различных  областях медицины.Так, в медицине критических  состояний при проведении общей  анестезии мониторинг показателей  ритма сердца дает возможность проследить за динамикой реакции ВНС на операционную травму и наркоз.При анализе адаптационного синдрома активность ВНС, определяемая по отношению к своему тоническому уровню, может быть соотнесена с мерой адаптационных реакций организма, что дает возможность контроля выраженности стресса на всех его стадиях / 17 /. Поскольку ритм сердца находится под контролем звеньев всех уровней управления функциями организма, то его анализ дает достоверную оценку адаптации системы кровообращения и организма в целом к действию стрессорных факторов.Следует отметить, что контроль величины ЧСС не всегда в полной мере отражает изменение активности ВНС. Одному и тому же значению ЧСС могут соответствовать неодинаковые комбинации активности звеньев ВНС, обеспечивающие вегетативный гомеостаз. Так, например, снижение тонуса парасимпатического отдела ВНС может сопровождаться уменьшением активности симпатического отдела, при этом средняя ЧСС остается постоянной, не отражая изменение состояния вегетативной регуляции.Активность вегетативной регуляции проявляется в изменении показателей хронотропной структуры сердечного ритма. Математические методы анализа обнаруживают вариабельность сердечного ритма - изменчивость значений длительностей КИ относительно друг друга. Другими словами вариабельность сердечного ритма отражает выраженность колебаний ЧСС по отношению к ее среднему уровню.В покое, когда превалирует тонус парасимпатического отдела ВНС, вариабельность сердечного ритма обусловлена, большей частью, вагусными влияниями. При активации симпатического отдела ВНС, происходящей во время стресса, показатели вариабельности сердечного ритма падают.Изменение вариабельности связано с интенсивностью процессов активации отделов ВНС по отношению к сердечно-сосудистой системе и позволяет судить о степени адаптационной реакции организма на то или иное воздействие в целом.Для оценки вариабельности сердечного ритма необходимо зарегистрировать последовательный ряд КИ , измерить их длительности и провести математическую обработку динамического ряда полученных значений.Наибольшее распространение в клинической практике получили методы временного (статистического) и частотного (спектрального) анализа вариабельности сердечного ритма.Согласно рекомедациям Европейского общества кардиологиии и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии для оценки вариабельности сердечного ритма могут быть использованы такие статистические оценки ряда КИ как среднеквадратическое отклонение длительности КИ в выборке.Спектральный анализ динамического ряда КИ рекомендуется проводить в 3-х диапазонах частот :? 0,04 Гц (VLF), (0,04...0,15) Гц (LF), 0,15...0,4 Гц (HF), которые обладают различной диагностической ценностью / 18 /.К методам временного анализа сердечного ритма относится вариационная пульсометрия, используемая в различных областях медицины с целью диагностики состояния человека / 17,19,20 /. Методика основана на применении статистических оценок выборки динамического ряда значений длительностей КИ. Использование в качестве КИ - R-R интервалов ЭКГ, зарегистрированных в одном из стандартных отведений, позволяет наиболее точно измерить значения длительностей КИ - tRRСтатистический анализ значений длительностей КИ позволяет наглядно представить закон распределения случайного процесса, которым является ритм сердца, в виде ступенчатой функции - гистограммы, которая может отображаться на дисплее монитора, и описать его набором вычисляемых статистических параметров и диагностических показателей, отражающих активность ВНС.Для статистической оценки выбирается определенное число значений следующих друг за другом КИ, образующих выборку. Объем выборки N обычно устанавливается в диапазоне 50...250. Однако, как показывают исследования, при выборе N < 100 падает статистическая достоверность результатов оценки .Построение гистограммы производится путем сортировки выборки КИ по их длительности. Для этого весь диапазон длительностей КИ разбивается на временные поддиапазоны одинаковой величины tп. По мере регистрации ЭКГ и измерения длительности КИ подсчитываются количества КИ, попадающие в каждый поддиапазон. Для построения гистограммы в виде ступенчатой функции по горизонтальной оси откладывается длительность КИ, по вертикальной - их количество в соответствующем поддиапазоне).Для здоровых людей в состоянии покоя регистрируется нормальная гистограмма, близкая по виду к симметричной кривой Гаусса.Ассиметричная форма гистограммы указывает на нарушение стационарности процесса регуляции ритма сердца и наблюдается при переходных состояниях. Многовершинная (многомодовая) гистограмма может быть обусловлена наличием несинусового ритма ( мерцательная аритмия, экстрасистолия ), а также артфактами, возникающими при регистрации ЭКГ. Для описания отклонения формы гистограммы от нормального закона распределения используются статистические оценки - показатель ассиметрии ( As ) и эксцесса ( Ех ).В мониторных приборах для слежения за текущим состоянием пациента используется автоматизированная обработка данных по методу скользящей выборки.В первом такте анализа распределения КИ для построения гистограммы, вычисления статистических оценок и диагностических показателей берется выборка КИ, установленного объема, начиная с 1-го по N-ый зарегистрированный КИ.Например, при объеме выборки N = 100, в первом такте анализа для обработки берутся значения длительностей КИ с порядковыми номерами с 1-го по 100-ый.Результаты анализа в первом такте работы - графическое изображение гистограммы и значения вычисленных параметров и показателей отображаются на дисплее прибора.В следующем такте работы происходит сдвиг "окна" выборки, т.е. для обработки берутся значения КИ с порядковыми номерами на единицу больше (В приведенном выше примере - со 2-го по 101-й). После вычислений данные на экране дисплея обновляются: отображаются результаты анализа полученные во втором такте работы. В дальнейших тактах работы происходит последующий сдвиг "окна", в результате чего информация на экране обновляется с каждым тактом работы , то есть с каждым ударом сердца.Быстродействие современных вычислителей (микропроцессорных устройств, однокристальных ЭВМ, ПЭВМ) позволяет наблюдать изменения отображаемых показателей ритма сердца на дисплее в реальном времени, что обеспечивает оперативное слежение за динамикой изменения сердечного ритма.В результате математического анализа ритма сердца методом вариационной пульсометрии вычисляются приведенные выше статистические оценки распределения КИ, с помощью которых затем формируются диагностические показатели, характеризующие активность звеньев вегетативной регуляции. Формирование диагностических показателей для оценки выраженности стресса у больных в интраоперационном периоде по результатам вариационной пульсометрии рассмотрено в ряде физиологических и клинических работ .Известно, что изменения показателей ритма сердца при стрессе наступают раньше, чем появляются выраженные биохимические и гормональные сдвиги, так как реакция нервной системы обычно опережает действие гуморальных факторов. Это позволяет путем наблюдения за показателями активности ВНС своевременно корректировать анестезиологическую защиту пациента и предупреждать появление выраженных проявлений стрессовой реакции.Формирование показателей активности отделов ВНС затруднено без соответствующих инструментальных средств, доступных широкому кругу анестезиологов и реаниматологов, однако появление в последние годы автоматизированных ритмокардиомониторов и компьютерных средств обработки электрокардиосигнала решает эту проблему / 27 - 30 /. При использовании мониторных приборов контроля сердечного ритма оценка состояния пациента может производиться путем непосредственного наблюдения на дисплее прибора гистограммы распределения КИ и интерпретации ее формы, а также путем контроля величин вычисляемых в приборе и индицируемых диагностических показателей / 31 /.При наблюдении гистограммы распределения КИ можно выделить, по крайней мере, три ее основных типа, качественно и количественно характеризующих три основных состояния регуляторных систем: нормотоническое, симпатотоническое, парасимпатотоническое, которые имеют различные статистические характеристики .По экрану дисплея ритмокардиомонитора можно визуально в реальном масштабе времени оценить тип распределения длительностей КИ и тенденции его изменения.Для диагностической оценки состояния пациента по структуре гистограмм распределения КИ производится расчет и индикация на экране дисплея таких статистических оценок, как : Мо, Амо, DX или диагностических показателей, характеризующих вариабельность ритма сердца.К таким диагностическим показателям относится величина среднеквадратического отклонения длительностей КИ в выборке, то есть значение квадратного корня из дисперсии распределения КИ. В этом случае ограничение объема выборки приводит к оценке только “быстрых” изменений вариабельности, поэтому часто для определения влияния медленных волн анализируют выборки длительностью до нескольких часов.Р.М. Баевский / 17,21 / предложил ряд диагностических показателей, являющихся производными статистических оценок распределения КИ :индекс вегетативного равновесия ИВР = АМо/D Х;вегетативный показатель ритма ВПР = 1/МоD Х;показатель адекватности процессов регуляции ПАПР = АМ/Мо;индекс напряжения регуляторных систем ИНБ = АМо/2МоD Х.Кардиологический стандарт оценки показателей вариабельности сердечного ритма включает вычисление, так называемого, “индекса Святого Георга”, представляющего собой оценку ширины основания треугольника, интерполирующего гистограмму распределения КИ:TINN= 2N/AMo.Этот метод оценки вариабельности позволяет исключить при вычислении индекса TINN не связанные с синусовым ритмом сердца КИ, а также артефакты, образующие “нестационарные” участки гистограммы. Следует отметить, что при использовании индексов Р.М.Баевского участки гистограммы, обусловленные артефактами и экстрасистолами могут существенно искажать действительную картину, поэтому в мониторных приборах целесообразно использовать “помехозащищенные” диагностические показатели вариабельности ритма сердца.К таким показателям, наряду с TINN, относятся показатели,характеризующие баланс регуляции в ВНС - индексы активности симпатического (СИМ) и парасимпатического (ПАР) отделов ВНС.Индекс активности симпатического отдела ВНС вычисляется по формуле СИМ = 4 АМо / N20%,где N2О% ,ед. - число поддиапазонов гистограммы, содержащих количество КИ, превышающих уровень 20% от значения АМо.Индекс активности парасимпатического отдела ВНС - ПАР характеризует степень отклонения зарегистрированного распределения КИ от нормального закона распределения / 33 /. Чем больше отклонений от нормального распределения, характеризующегося плавным убыванием количества КИ влево и вправо относительно моды распределения, тем сильнее активность вагусного влияния на регуляцию ритма сердца.ИНБ учитывает отношение между основными показателями ритма сердца и отражает степень централизации процессов регуляции. У хорошо физически тренированных лиц ИНБ = 80...140 (среднесуточные колебания от 68 до 150) при среднесуточном значении 120.В норме, как правило, имеют место координированные изменения показателей ритма сердца. Так, для симпатикотонии характерно меньшее значение моды (учащение пульса), обычно сопровождаемое увеличением АМо и уменьшением DХ, что приводит к увеличению ИНБ. Усиление парасимпатического тонуса, наоборот, ведет к уменьшению АМо и увеличению Мо и DХ, а ИНБ уменьшается.Недостатком использования ИНБ для текущей оценки состояния является его нелинейность: интервал изменения ИНБ при парасимпатической активности колеблется от 0 до 100, а при симпатической от 200 до 1000 и более, т.е. количественная оценка изменений активности в разных диапазонах оказывается трудно сопоставимой.Для наблюдения за балансом регуляции со стороны симпатического и парасимпатического отделов ВНС удобно использовать индексы СИМ и ПАР, имеющие одинаковую шкалу :менее 15 ед. - слабая активность отдела ВНС,16-30 ед. - умеренная активность,более 30 ед. - высокая активность.Одинаковая размерность показателей позволяет, наблюдая за динамикой взаимного изменения индексов, оценить структуру реакции ВНС на воздействующие факторы.У взрослого здорового человека в состоянии физического и психического покоя СИМ не превышает 15 ед. Увеличение СИМ свидетельствует о преобладании симпатического звена в регуляции ритма сердца (увеличение АМо и снижение N2О%, обуславливающее уменьшение степеней свободы в регуляции) и росте напряженности состояния организма.Визуальный контроль гистограммы на экране дисплея позволяет быстро определить преобладающее влияние одного из отделов вегетативной нервной системы в регуляции ритма сердца.При симпатикотонии ( рис.6 ) гистограмма имеет узкое основание (малая величина вариационного размаха DХ), большую высоту (рост АМо), возрастает величина СИМ, снижается ПАР.Для преобладающего влияния парасимпатического отдела ВНС характерно: широкое основание (большое значение DХ), малая высота гистограммы (уменьшение АМо), показатель СИМ снижается, возрастает ПАР.Для структуры гистограмм при симпатикотонии характерно плавное снижение высоты ее элементов с обеих сторон от значения Мо, гистограмма состоит часто из 2-3 элементов.Для парасимпатикотонии характерны: отсутствие плавного снижения высоты элементов гистограммы слева и справа от Мо, неравномерность, "зазубренность" огибающей гистограммы.Изменение показателей ритма сердца при хирургическом стрессе происходит под влиянием различных факторов, отражающих индивидуальную реакцию нервной системы больного, исходный фон, заболевание, влияние вводимых лекарств (анестетиков, анальгетиков и др. препаратов), степень кровопотери, инфекцию и т. д. Поэтому полученные сдвиги показателей являются свидетельством неспецифического реагирования организма на самые разнообразные воздействия и не могут быть интерпретированы в отрыве от клинической картины и других методов исследования. Вместе с тем обработка и анализ ритма сердца является весьма тонким и чувствительным методом, достоверность и точность которого в сочетании с высоким быстродействием превышают аналогичные возможности других методов исследования стрессовой реакции.Несмотря на некоторые особенности изменения регуляции ритма сердца во время операции в зависимости от индивидуального реагирования организма, вида обезболивания и операции выявлена неспецифичность и одинаковая направленность изменения диагностических показателей.В дооперационном периоде по показателям ритма сердца можно выявлять больных, недостаточно подготовленных к операции, объективно оценить качество премедикации, обратить внимание хирурга и анестезиолога на наиболее "опасных" пациентов с нестабильными показателями активности ВНС, требующих дополнительной индивидуальной подготовки и более внимательного наблюдения в процессе операции.При вводном наркозе гексеналом или тиопенталом натрия чаще выявляется уменьшение значения моды. тахикардия. уменьшение DХ, АМо и значение СИМ, ИНБ увеличиваются. При вводном наркозе калипсолом обычно отмечается выраженная симпатикотония.При ларингоскопии и интубации трахеи нередко наблюдаются дискоординированные сдвиги показателей. Значение СИМ превышает нормальную величину, однако DХ увеличивается. Механическое раздражение рефлексогенных зон блуждающего нерва и симпатических окончаний во время интубации трахеи вызывает одновременное возбуждение обоих звеньев ВНС.В наиболее травматичный момент операции степень выраженности операционного стресса при адекватной анестезии по данным анализа ритма сердца значительно меньше, чем при неадекватном уровне анестезиологической защиты. Как правило, при адекватной анестезии значения DХ больше, абсолютные значения АМо, СИМ, ИНБ меньше, чем при неадекватной анестезии.При введении деполяризующих миорелаксантов обычно отмечается усиление парасимпатикотонии, что связано с выбросом калия из мышц. При кровопотере обычно отмечается выраженная симпатикотония, которая слабо корригируется введением фармакологических препаратов и требует восполнения ОЦК. Динамика ритма сердца при операции может иметь заметные индивидуальные отличия и зависеть от исходного состояния больного, характера оперативного вмешательства и способов лечения.При одновременном чрезмерном возбуждении обоих отделов ВНС возможна дискоординация сдвигов показателей ( например, уменьшение значения моды и увеличение DХ ). Подобная ситуация должна насторожить врача, так как может свидетельствовать о дезорганизации регуляторных процессов в организме и необходимости обнаружения причины, ее вызвавшей (выраженное раздражение рефлексогенных зон обоих звеньев ВНС при интубации трахеи, раздражение корня брыжейки, инфаркт миокарда и другие состояния, сопровождающиеся чрезмерной афферентацией или истощением защитных компенсаторных реакций организма).Коррекцию анестезии по мониторингу вегетативных показателей ритма сердца можно осуществить, например, следующим образом. При преобладании симпатикотонии целесообразно вводить анальгетик с парасимпатическим эффектом (например, фентанил). При выраженной парасимпатикотонии, которая часто наблюдается при тракциях брыжейки кишечника, расширении шейки матки и др., лучше вводить анестетик с симпатическим эффектом (калипсол). При появлении признаков возбуждения двух отделов ВНС следует вводить препараты обоих видов.С помощью оперативного анализа показателей ритма сердца можно осуществлять индивидуальный подбор не только вида, но и дозы требуемого препарата ("титрование эффекта") с учетом конкретной клинической ситуации.Таким образом, врач, наблюдая изменения показателей ритма сердца, получает информацию, характеризующую процессы управления основными жизненными функциями, использование которой является перспективным методом контроля состояния организма в медицине критических состояний.

Мониторинг  параметров давления крови

Важным компонентом клинического мониторинга, определяющим состояние  сердечно-сосудистой системы и организма  в целом, является контроль кровяного давления.Движение крови по сосудам представляет собой сложный процесс, зависящий от работы сердца, эластичности сосудистых тканей, тонуса гладкой мускулатуры, количества и вязкости крови, сопротивления потоку крови в капиллярном русле.Давление крови в сосудах представляет собой гидродинамическое давление, возникающее в результате работы сердца, нагнетающего кровь в сосудистое русло.Артериальное давление крови (АД) является важнейшим показателем, широко используемым в клинической диагностике. Изменение артериального давления за один сердечный цикл состоит из постоянной составляющей давления и пульсового колебания. Наибольший размах пульсовые колебания давления достигают в крупных артериях, по мере сужения сосудов пульсации падают, становясь неразличимыми в артериолах.В клинической практике наиболее часто используются следующие параметры, характеризующие АД крови : минимальное (диастолическое), среднее динамическое и максимальное (систолическое) давление .Диастолическое давление представляет собой величину минимального давления крови, достигаемую к концу диастолического периода сердечного цикла. Минимальное давление зависит от степени проходимости или величины оттока крови через систему прекапиляров, ЧСС, упруговязких свойств артериальных сосудов.Систолическое давление равно максимальному давлению, достигаемому в момент, соответствующий выбросу крови из сердца в аорту. Максимальное давление характеризует запас энергии, которым обладает движущаяся масса крови на данном участке сосуда. Максимальное давление складывается из бокового систолического давления (составляющая, действующая на боковую стенку артерии в период систолы) и ударного давления (гемодинамический удар).Среднее динамическое давление определяется интегрированием текущего значения АД за время сердечного цикла. Ориентировочно величину среднего давления можно определить по формуле Вецлера и Богера.Рm = 0,42 Рs + 0,58 Рd или по формуле Хикема Pm = Pd + (Ps - Pd) / 3 ,где Рs - систолическое (максимальное) давление,Рd- диастолическое (минимальное) давление.Измерение параметров давления крови для мониторинга показателей сердечно-сосудистой системы может осуществляется прямым или косвенным способами.Прямой, инвазивный способ определения давления крови основан на катетеризации сосуда датчиком давления, имеющим электрический выход. Датчик давления предварительно калибруется в единицах измерения давления крови. Выходной сигнал датчика поступает на устройство обработки, где определяются параметры давления, которые затем передаются на устройства отображения , записи и хранения данных монитора.Косвенное определение давления крови связано с использованием неинвазивных методик регистрации параметров физиологических процессов, связанных с внутрисосудистым давлением крови. Широкое распространение получили окклюзионные методы, основанные на измерении давления воздуха в манжетке, охватывающей участок тканей, содержащий кровеносный сосуд, которое уравновешивает (компенсирует) давление крови в сосуде под манжеткой.Используются также методики, основанные на ультразвуковом измерении движения сосудистой стенки, допплеровском измерении скорости кровотока.Однако результаты измерений, полученные с использованием различных косвенных методов могут значительно отличаться. Это связано с методическими погрешностями косвенных измерений, а также с недостаточно четким определением параметров давления крови, измерение которых часто связано с конкретной методикой регистрации биологических сигналов. Результаты прямых инвазивных измерений могут считаться наиболее достоверными данными для сравнения различных косвенных методик определения параметров давления крови.В то же время ценность методов измерений, применяемых для целей клинического мониторинга, определяется, в первую очередь, устойчивостью и воспроизводимостью показаний, так как особенности методики можно учесть, сравнивая всю физиологическую информацию о пациенте.

Прямые  инвазивные методы измерения давления крови

Внутрисосудистое измерение  параметров давления крови с отображением кривой давления на графическом дисплее  и цифровых данных на табло монитора является наиболее удобным, точным и  достоверным способом непрерывного мониторинга показателей сердечно - сосудистой системы.Цифровая обработка  сигнала внутрисосудистого датчика  давления в мониторах позволяет  определить необходимые параметры  давления крови. Например, при слежении за АД: значения систолического, диастолического, среднего давления, а также рассчитать производные гемодинамические показатели, характеризующие состояние сердечно-сосудистой системы.Для чрескожной катетеризации  при мониторинге АД наиболее часто  используется лучевая артерия, в  основном из-за доступности, возможностей обеспечения коллатериального кровотока  в конечности, большого накопленного экспериментального материала и  достаточной безопасности. Использование  артериального катетера позволяет  дополнительно к мониторингу  АД вести повторяющийся отбор  проб крови для биохимического анализа.Датчик давления, используемый для внутрисосудистых измерений в мониторных системах, содержит чувствительный элемент, на который  воздействует давление крови. Датчик включает катетер, фиксируемый в исследуемом  сосуде. Чувствительный элемент, преобразующий  величину давления в электрический  сигнал, может конструктивно размещаться  вне катетера. В этом случае катетер  заполняется жидкостью, передающей давление на чувствительный элемент. В  современных конструкциях датчиков давления чувствительный элемент располагается  на кончике катетера и отделен  от крови тонкой мембраной.В качестве чувствительного элемента в датчиках давления крови используются различные  типы первичных преобразователей давления (тензометрические, емкостные, пьезоэлектрические, полупроводниковые), трансформирующие величину давления за счет упругой  деформации чувствительного элемента в изменение его электрических  характеристик (сопротивления, емкости, напряжения и др.). Наибольшее распространение  в мониторной аппаратуре получили тензометрические датчики, обладающие высокими метрологическими характеристиками.Надежностью и малыми размерами отличаются волоконно-оптические датчики давления. Они содержат два световода, расположенные внутри катетера. Один световод служит для подачи излучения от источника света на чувствительный элемент, второй соединен с фотоприемником, подключенным к измерительной схеме. Чувствительная к давлению мембрана устанавливается на кончике катетера. С изменением давления крови световой поток, попадающий в приемный световод, оказывается промодулированным по амплитуде, что и регистрируется с помощью фотоприемника. Волоконно-оптический датчик удается сделать диаметром 0,5мм при длине гибкой части катетера до 0,6 м.Измерительная схема, к которой подключен чувствительный элемент датчика, преобразует изменения его электрических характеристик в сигнал, поступающий в устройство обработки монитора.Точность измерения давления при использовании катетерных датчиков определяется рядом физических факторов. При оценке динамических погрешностей измерений чувствительный элемент датчика, воспринимающий колебания давления, можно рассматривать как гармонический осциллятор под действием внешних сил. Электрический сигнал на выходе датчика давления будет пропорционален величине упругой деформации (смещения) чувствительного элемента, следовательно, в первом приближении он будет описываться решением обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка (при допущении, что сила вязкого трения пропорциональна скорости перемещения, сила упругости - перемещению).Данное решение, в зависимости от значений параметров системы: частоты собственных колебаний fо и коэффициента демпфирования x, имеет апериодический или затухающий колебательный характер. Соответственно, частотная характеристика системы вблизи частоты fо будет иметь подъем или спад в зависимости от величин коэффициента x . Это означает, что если в сигнале пульсации давления присутствуют частотные компоненты, близкие значению fо, то они будут искажаться, т.е. будут возникать динамические погрешности измерений.Минимизация динамических ошибок при определении параметров АД очень важна, так как систолическое значение АД оценивают по величине зарегистрированного пика пульсации давления в сосуде, определяемого высокочастотными компонентами пульсации давления. Частотный спектр пульсации давления определяется величинами ЧСС и скорости нарастания пика давления. Если допустить, что пульсация давления имеет треугольную форму с времени нарастания не менее 10% от длительности периода колебаний, то при максимальном значении ЧСС равном 180 уд/мин ширина спектра пульсаций давления не превышает 15 Гц.Для минимизации динамических погрешностей измерений собственная частота датчика должна в 2...3 раза превышать максимальную частоту спектра пульсаций давления.Для катетерного жидкозаполненного датчика давления крови с жесткой неэластичной трубкой параметры fо, x, без учета механических характеристик чувствительного элемента, который считается в данном случае безинерционным, зависят от диаметра и длины катетера, плотности и вязкости жидкости .С увеличением длины трубки катетера резонансная частота fо падает, что может привести к ее попаданию в частотный диапазон сигнала и к увеличению динамических погрешностей.Так, для длины катетера l = 150 мм fо = 45 Гц , l = 1800 мм fо = 7 Гц.Попадание в катетер пузырьков воздуха приводит к увеличению эластичности системы и увеличению x, что также ведет к искажениям регистрируемых пульсаций давления. Кроме того, наличие пузырьков воздуха опасно их проникновением в артериальное русло и развитием эмболии.Снижение динамической погрешности из-за близости частот спектра пульсации и частоты собственных колебаний датчика может быть достигнуто введением корректирующих цепей в усилитель сигналов датчика, выравнивающих частотную характеристику системы в области возможных искажений.Катетерные датчики давления с чувствительным элементом, расположенным на кончике катетера, имеют высокую резонансную частоту и свободны от указанных недостатков.Тензометрические датчики фирмы Millar Instr. / 41 / имеют внешний диаметр катетера от 0.67 до 2.33 мм, длину от 0.75 до 1.4 м, что позволяет их использовать для исследования малых сосудов и в педиатрии.Технические параметры датчиков:чувствительность 5 мкВ /В/ мм рт.ст.,сопротивление 1 кОм,диапазон давления -50 ...+300 мм рт.ст.,резонансная частота 10 кГц.Катетер датчика имеет просвет на рабочем конце для отбора проб крови и введения жидкостей.Системы катетеризации сосудов, используемые для измерения АД, включают разветвления с клапаном отбора крови и очистки системы, а также для медленного продолжительного (1 ... 3 мл/час) введения раствора гепарина, снижающего риск образования тромбов.Показания жидкозаполненных датчиков зависят от положения чувствительного элемента датчика относительно тела пациента. Для исключения ошибок измерения чувствительный элемент должен находиться на уровне правого предсердия, в противном случае необходимо ввести поправку на вес столбика жидкости высотой, равной разности уровней положения датчика и сердца. Особенно это важно учитывать при измерении низких значений давления, например, центрального венозного давления.При измерении АД необходимо учитывать погрешности физиологической природы. Пульсации давления, регистрируемые в периферических артериях, определяются тонусом гладкой мускулатуры, поэтому, например, в лучевой артерии систолическое давление оказывается обычно больше, а диастолическое меньше, чем эти значения в центральной аорте. При изменении сосудистого сопротивления это соотношение может изменяться.Благодаря развитию техники внутрисосудистой катетеризации, прямой метод измерения давления крови используется для определения различных параметров давления в сердечно-сосудистой системе. Однако инвазивность методики, риск развития сосудистых осложнений ограничивают область применения прямого метода измерений. Чаще всего катетерные измерения используются в интраоперационном мониторинге и в кардиореанимации. В таблице 3 приведены значения физиологической нормы параметров давления, используемых в клиническом мониторинге / 42 /.

Косвенные методы измерения давления крови

Неинвазивный мониторинг параметров АД может быть реализован путем использования косвенных  методов измерения параметров давления крови с помощью окклюзионной манжетки. Наибольшее распространение  в клинической практике получило измерение АД в плечевой артерии, при котором окклюзионная манжетка охватывает соответствующий участок  правой или левой руки пациента. Увеличение давления воздуха в манжетке (компрессия) приводит к изменению  артериального кровотока под  манжеткой а также в дистальном участке конечности. Если давление воздуха в манжетке превысит значение диастолического давления крови, артериальный кровоток в руке дистальнее манжетки изменяет свои параметры. Оценка этих изменений и сопоставление их с давлением воздуха в манжетке позволяет определить параметры  АД по результатам измерения давления воздуха в манжетке.Различие используемых на практике окклюзионных методов определения  АД заключается в способах оценки соответствия измеренных значений давления воздуха в манжетке и параметров давления в артерии при различных  режимах компрессии (декомпрессии) воздуха.Аускультативный метод измерения АД или метод Н.С. Короткова основан на анализе характерных звуков, так называемых тонов Н.С. Короткова (далее тонов), регистрируемых в простейшем случае с помощью фонендоскопа, в дистальном отрезке артерии, непосредственно у нижнего края окклюзионной манжетки при определенной величине давления воздуха в манжетке.По методу Н.С. Короткова, первоначально при измерении АД давление в манжетке, охватывающей сосуд, увеличивают до полного прекращения кровотока (артериального пульса) в дистальной части руки. Затем включают плавную декомпрессию (стравливание воздуха из манжетки), В момент открытия артерии кровотоку, начинают прослушиваться первые тоны. В этот момент давление крови на вершине артериальной пульсации становится чуть больше давления воздуха в манжетке и артерия на короткое время “открывается”, порождая звуковые колебания. Давление в манжетке, соответствующее появлению первых тонов, принимается в методе Н.С. Короткова за значение систолического АД. Происхождение регистрируемых тонов может объяснить турбулентным движением крови по сжатому сосуду, а также неустойчивым поведением стенок после “открытия” сжатой артерии, приводящим к звуковым колебаниям характерного спектрального состава.При дальнейшей плавной декомпрессии ( около 3 мм рт. ст. на один удар пульса) характер звуковых тонов изменяется, они становятся глуше (их частотный спектр сдвигается в сторону более низких частот) и затем они исчезают. Считается, что момент приглушения или исчезновение тонов соответствует равенству давления воздуха в манжетке минимальному динамическому давлению крови, то есть диастолической величине АД. Критерий приглушения тонов для отсчета диастолического значения АД признается большинством авторов / 40 /.В ряде случаев, при патологии сосудистой стенки исчезновение тонов происходит при весьма малых значениях давления в манжетке. В случае кардиогенного шока или применения препаратов с вазопрессорным эффектом происходит задержка в появлении тонов, что приводит к занижению АД по результатам аускультативных измерений. Напротив, низкая эластичность сосудистых тканей, расположенных под манжеткой, например, при септическом шоке, может привести к завышению результатов определения АД.Следует отметить, что спектр тонов расположен в более высокочастотной области, чем звуковые колебания, регистрируемые при анализе артериальных пульсаций давления. Поэтому выделение тонов можно осуществить автоматически путем частотной фильтрации сигналов микрофонного датчика, расположенного под манжеткой.Метод Н.С. Короткова получил широкое распространение в клинической практике и используется при построении мониторов АД. Считается, что этот метод дает погрешность не более 2-3 мм рт.ст. / 38 /. Измерение давления в манжетке осуществляется с помощью тензометрического или емкостного датчика давления. Для обнаружения тонов Н.С. Короткова используются миниатюрные пьезомикрофоны, работающие в полосе частот 10...80 Гц / 43 /. Совместная запись сигналов двух датчиков, регистрирующих давление воздуха в манжетке и тоны.Для снижения погрешностей измерений, обусловленных близостью спектров тонов и звуков артериальных пульсаций, попадающих в микрофон, а также для ослабления артефактов движения в мониторах АД используется дифференциальный метод выделения тонов. В нижней части окклюзионной манжетки устанавливается микрофон, состоящий из двух чувствительных элементов А и Б.При снижении давления в манжетке до систолического значения ниже манжетки регистрируются пульсации давления и тоны. Акустические характеристики манжетки таковы, что она плохо передает высокочастотные тоны, поэтому сигналы, регистрируемые микрофоном по каналам А и Б, будут различаться. По каналу А регистрируется весь спектр колебаний, в который входят пульсации давления, тоны, артефакты движения. По каналу Б регистрируются сигналы в диапазоне 0,5...5 Гц, в который попадают только пульсации давления и артефакты движения.Таким образом, при вычитании сигналов каналов А и Б можно получить точное выделение тонов, что существенно снижает погрешности измерения АД.Пальпаторный метод измерения параметров АД является одним из самых старых методов оценки параметров гемодинамики, применяемых анестезиологами до настоящего времени. Метод основан на использовании окклюзионной манжетки, накладываемой на плечо, создании в ней давления воздуха, сжимающего артерию, и определении значения давления в характерные моменты изменения пульса, контролируемого на дистальном участке артерии (в простейшем случае путем пальпации) при плавной компрессии (декомпрессии) воздуха в манжетке.Обнаружение пульсаций давления крови на дистальном участке артерии может производиться сфигмографическими или плетизмографическими методами. Эти методы основаны на регистрации движения артериальной стенки или изменения объема тканей (например, пальца руки или ноги) при пульсации давления крови. Чаще всего используются три способа измерения артериальной пульсации:реографический, основанный на измерении изменений электрического сопротивления переменному току участка тканей, содержащего артериальный сосуд;механический, реализуемый с помощью микрофона или датчика давления, накладываемого на пульсирующий участок кожи, например, в локтевой ямке;оптический (фотоплетизмографический), реализуемый с помощью фотометрирования изменений оптической плотности тканей с артериальной кровью, например, при просвечивании ногтевой фаланги пальца руки. Значение давления воздуха в манжетке, при котором появляется пульс, принимается за систолическое АД (рис.17). Определение минимального давления данным способом сопряжено со значительными погрешностями. За критерий равенства давления воздуха в манжетке минимальному давлению может быть принято уменьшение амплитуды пульсаций при декомпрессии воздуха / 38 /. Однако этот критерий не является достаточно точным и однозначным для автоматического определения параметров АД. Только при реографической записи и ручной расшифровке данных могут быть получены удовлетворительные результаты.Осциллометрический метод измерения параметров АД связан с анализом пульсаций давления (осцилляций), возникающих в окклюзионной манжетке, сжимающей артерию, в режиме компрессии (декомпрессии) воздуха. Для регистрации осцилляций в воздушную магистраль манжетки вводят датчик давления с необходимыми динамическими характеристиками (аналогично датчику прямых инвазивных измерений).Определение параметров АД производится по результатам измерения давления воздуха в манжетке, соответствующим характерным изменениям осцилляций воздуха при плавной компрессии (декомпрессии). Определенные изменения осцилляций происходят при равенстве давления воздуха в манжетке значениям параметров АД крови. Для выявления изменений осцилляций, соответствующих значениям систолического, среднего, диастолического давления крови анализируют амплитуду и форму осцилляций. Существуют различные методики анализа, используемые при построении автоматических мониторов давления.Анализируя амплитуды осцилляций во время компрессии (декомпрессии), можно выделить области характерных изменений амплитуд, при которых давление в манжетке соответствует искомым параметрам АД. Так, среднее динамическое давление определяется как минимальное давление в манжетке, соответствующее максимальной амплитуде осцилляций.Систолическое значение давления можно определить по критерию прекращения пульсаций дистального отрезка артерии конечности пальпаторным методом или по исчезновению осцилляций в дистальной камере манжетки в режиме компрессии. В последнем случае манжетка выполняется двухкамерной, дистальная ее часть звукоизолируется от проксимальной. Это связано с тем, что при отсутствии артериальной пульсации в дистальной части конечности осцилляции в проксимальной части манжетки сохраняются из-за ударов пульсовой волны давления о проксимальную часть манжетки. Поэтому осцилляции, регистрируемые датчиком давления воздуха в манжетке, не падают до нуля, а лишь уменьшаются. Резкое уменьшение амплитуды осцилляций может быть принято за критерий определения систолического давления / 38 /. При снижении давления в манжетке ниже минимального (диастолического) также можно зафиксировать снижение амплитуды осцилляций, что позволяет фиксировать величину диастолического давления.Однако многие исследователи отмечают, что изменение амплитуды осцилляций может иметь монотонный характер в области систолического и диастолического значений АД, что вносит значительные ошибки в измерения. Достаточно просто (после фильтрации артефактов и дыхательных волн) определяется максимальная амплитуда осцилляций, соответствующая среднему динамическому давлению.Измерение этой величины позволяет реализовать относительно простой алгоритм анализа осцилляций для определения параметров АД, основанный на оценке относительной амплитуды осцилляций по сравнению со значением максимума. Снижение амплитуды до уровня 0,4 максимума при компрессии используется для отсчета систолического давления, а уменьшение до уровня 0,6 при декомпрессии - диастолического давления. Однако, коэффициенты уменьшения зависят от значения ЧСС и нуждаются в коррекции при тахикардии и брадикардии .Значения амплитуд осцилляций, соответствующих параметрам АД, можно вычислить по регрессионной модели, связывающей искомые значения и амплитуду фоновых осцилляций, регистрируемых в манжетке при значениях давления воздуха в манжетке, превышающего систолическое на 20 ... 40 мм рт.ст.. Регрессионная модель представляет собой степенной полином, коэффициенты которого рассчитываются путем обработки большого массива измерений АД .Анализ первой производной осцилляций - тахоосцилляций, сделанный Н.Н. Савицким / 38 /, позволяет достаточно точно определить диастолическое АД. Тахоосциллограмма имеет положительную часть, относящуюся к систолической части осцилляций, и отрицательную, характеризующую скорость опорожнения сжимаемой артерии .Отрицательная часть тахоосцилляций изменяет свои параметры в тесной зависимости от величины давления, оказываемого манжеткой на артерию / 47 /. За точку отсчета диастолического давления принимается начало роста отрицательной части тахоосциллограммы при плавной компрессии воздуха в манжетке. При дальнейшей компрессии воздуха наблюдается увеличение амплитуды и достижение максимума. По Н.Н.Савицкому / 38 /, это критерий равновесия величины давления в манжетке и значения бокового систолического давления крови.Величина систолического давления может быть определена по начальному участку роста тахоосцилляций при плавной декомпрессии воздуха в манжетке.Для определения параметров АД может быть использован анализ второй производной осцилляций. В этом случае значение систолического АД принимается равным величине давления в манжетке, соответствующей максимуму огибающей осцилляций “отрицательного” участка кривой (рис.20). Значение диастолического АД равно давлению в манжетке, соответствующему максимальной скорости убывания “положительного” участка / 48 /.Рассмотренные методы определения параметров АД реализуются в условиях режима плавной декомпрессии (компрессии) воздуха в окклюзионной манжетке. Выбор скорости и линейность декомпрессии оказывают влияние на точность измеряемых параметров. Скорость декомпрессии для минимизации погрешности поддерживают на уровне 2 мм рт.ст. на один межпульсовой интервал.Для поддержания линейности декомпрессии используются специальные клапаны - линеаризаторы воздушного потока / 49 / или схемы автоматического поддержания скорости декомпрессиии с электромеханической обратной связью. В простейшем варианте используется набор клапанов с различным воздушным сопротивлением, автоматически подключаемых к воздушной магистрали декомпрессии в зависимости от давления в манжетке .Измерение параметров АД в рассмотренных методах осуществляется циклически. Частота циклов измерений ограничена условием поддержания нормального кровотока в дистальной части конечности, так как частое сжатие артерии и нарушение кровотока при компрессии воздуха в манжетке, а также венозный застой в конечности могут привести к неблагоприятным последствиям. Кроме того, имеются наблюдения о колебаниях АД при очень частых процедурах подобных измерений.Мониторинг в критических состояниях требует непрерывного слежения за параметрами АД, так как важные изменения давления могут происходить достаточно быстро. Непрерывный неинвазивный мониторинг может быть реализован по методу слежения за пульсовыми колебаниями артерии, разработанному J.Penaz / 50 / и дающему минимальное сжатие сосудистой стенки артерии.Метод включает определение пульсации артерии под манжеткой при помощи фотоплетизмографического датчика, размещаемого в манжетке. Для измерений выбирается артерия первого пальца кисти руки. Давление воздуха в манжетке регулируется по принципу отрицательной обратной связи; при увеличении просвета артерии давления воздуха - уменьшается, при уменьшении - увеличивается, то есть давление воздуха в манжетке отслеживает артериальную пульсацию в пальце, не вызывая сильного сжатия артериальной стенки.Зарегистрированная датчиком пульсация давления используется для осциллометрической обработки с целью вычисления параметров АД. Кривая пульсации давления выводится на дисплей для наблюдения за артериальным кровотоком. Периодические калибровки, уточняющие параметры АД, проводятся также по осциллометрической методике.Изучение кровотока дистальной части пальца показывает мягкую гипоксемию после 10 минут измерений, однако уменьшение PО2 стабилизируется на приемлемом уровне, что позволяет сделать вывод о возможности использования метода J.Penez при длительных операциях / 42 /. Метод хорошо согласуется с прямыми измерениями АД и рекомендуется при продолжительных исследованиях АД / 51 /.Непрямые методы измерения венозного давления (ВД) крови не оправдали себя из-за большого расхождения полученных данных с фактической величиной давления. Вместе с тем, ряд методов измерения ВД непрямым способом может быть использован во врачебной практике.